激光辅助电弧增材制造

需要注意的是，当前铝合金电弧增材制造正在加速得到应用。含钪元素的铝合金（Al-Sc合金）因其在强度、焊接性和耐蚀性方面优于传统铝合金而备受关注。由于Al3Sc颗粒和基体之间的晶格失配差异很小，因此在铝合金中添加少量Sc可以显著细化组织，从而提高力学性能。然而，由于Sc的价格昂贵，Al-Sc合金的应用在过去一直受到限制。对于传统的减材制造（如车削、钻孔、镗削、铣削、铰削），大量材料在加工过程中被丢弃，这对于昂贵的Al-Sc合金来说是无法接受的。3D打印为制造该合金提供了一种有效的解决方式，不仅可以节省材料，避免浪费，还可以制造更为复杂的结构。而采用电弧增材制造，则为大型铝合金的制造带来了可能。

Al-Mg-Sc 合金的 LHAM 实验装置

对于铝合金的激光-电弧复合焊，电弧形成的熔池降低了铝合金对激光的反射率，激光诱导等离子体具有压缩、引导和钉扎电弧的作用。激光和电弧这两种不同性质的热源的协同作用，可以使焊接过程更加稳定，优化焊缝形貌。据此，一些学者探讨了激光-电弧混合增材制造提高铝合金表面质量的可行性。同时，激光的加入可以促进熔池的流动，有利于细化晶粒和强化性能。因此，LHAM将是制造铝合金薄壁的一种有前途的方法，特别是对于昂贵的Al-Sc合金，这需要可接受的材料利用率以及可观的沉积速率。

沉积薄壁的表面形貌（最左侧采用了混合热源）

具有不同化学成分的各种铝合金，包括包括Al-Cu、Al–Mg和Al–Si合金都能够通过电弧增材制造技术制备，基于冷金属转移，该工艺具有热输入低、材料飞溅少、可操作性好等技术优势。而铝的电弧增材制造由于高热量输入容易导致出现粗大晶粒，机械性能低于预期。此外由于阶梯效应，元件表面会出现波动，当施加低电流时，这种现象通常会变得更加明显。为提高表面质量并改变微观结构和机械性能，通常会采用控制热输入和层间温度以及额外的铣削等方法来实现。然而它们的作用是有限的。因此，需要一种更稳定的高沉积速率线材增材制造工艺来构建结构合理、性能优越的铝合金薄壁部件。

研究人员系统研究了激光+电弧混合工艺制造Al-Mg-Sc合金的宏观形态、微观结构特征和机械性能。由于激光对电弧行为的稳定作用，沉积零件的的表面质量得到显著改善。在相同的热输入条件下，混合热源制备的沉积物显示出细化和均匀的微观结构。显微硬度结果表明，由于微观结构均匀且镁的烧损较少，混合热源制备的样品具有更高且更稳定的显微硬度分布，同时所制备的零件的各向异性更小。